DE1588219A1 - Stabilization control system - Google Patents

Stabilization control system

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DE1588219A1 DE1967G0049029 DEG0049029A DE1588219A1 DE 1588219 A1 DE1588219 A1 DE 1588219A1 DE 1967G0049029 DE1967G0049029 DE 1967G0049029 DE G0049029 A DEG0049029 A DE G0049029A DE 1588219 A1 DE1588219 A1 DE 1588219A1
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Description

1588?191588-19

Dr.-Ing. WILHELM REICHELDr.-Ing. WILHELM REICHEL PATENTANWALTPATENT ADVOCATE Telefon: Frankfurt 06Il /5591 65 β FRANKFURT/MAIN ITelephone: Frankfurt 06Il / 5591 65 β FRANKFURT / MAIN I Telegramm: Frankfurt Pattntroa PARKSTRASSETelegram: Frankfurt Pattntroa PARKSTRASSE Postscheck: Pfm. 468 30Postal check: Pfm. 468 30

dta.dta.

49524952

General Electric Gompany, Schenectady, N.Y., U.S.A.General Electric Gompany, Schenectady, N.Y., U.S.A.

StabilisationsregelsystemStabilization control system

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein servomechanisches Hegelsystem und im besonderen bezieht sie sich, auf ein elektrisches servomechanisches System, um eine !Trägheitsmasse in irgendeiner bestimmten Trägheitslage automatisch festzuhalten. Im speziellen bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische servomechanische Regelung hoher Leistung, in der eine bewegliche Plattform hoher Trägheit durch mit ihr verbundene Rückkopplungselemente gegen Auswandern stabilisiert wird.The invention relates generally to a servo-mechanical leverage system, and more particularly, it relates to an electrical one servomechanical system to automatically hold an inertial mass in any particular inertial position. In particular, the invention relates to high power electrical servomechanical control, in which stabilizes a moving platform of high inertia against migration by means of feedback elements connected to it will.

In bekannten Regelsystem dieser Art wird eine Masse hoher Trägheit durch ein eine geschlossene Rückkopplungsschleife enthaltendes System im Raum stabilisiert, wobei ein mit der Masse verbundener Servomotor den auf die Masse einwirkenden Störbewegungen entgegenwirkt. Ein umschaltbarer Gleichstrommotor dient als Hauptantrieb für die Trägheitsmasse und wird mit einer elektrischen Spannung versorgt, deren Polarität und Amplitude von einem ]?ehlersignal abhängt, das durch Vergleich eines Lage-Eingangssignals mit einem Lage-Rückkopp lungs signal im Servoverstärker erzeugt wird. AndereIn known control systems of this type, a mass of high inertia is controlled by a closed feedback loop containing system stabilized in space, with a servomotor connected to the mass acting on the mass Counteracts disruptive movements. A switchable DC motor serves as the main drive for the inertial mass and is supplied with an electrical voltage, the polarity and amplitude of which depends on an emitter signal that is generated by comparing a position input signal with a position feedback signal in the servo amplifier. Other

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von diesem Fehlersignal verschiedene Fehlersignale werden im allgemeinen von der Hauptachse der beweglich aufgehängten Plattform mit einer oder mehreren Fühleinrichtungen abgeleitet, die zur Erfassung der Bewegung im Raum bei bekannten Systemen direkt mit der Plattform verbunden sind. Bei früheren Regelsystemen ist die Plattform mit dem Servomotor über eine Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit verbunden, welche im allgemeinen ein Reduzier-Zahnradvorgelege ist, das das benötigte Drehmoment liefert. Die mechanische Kraft wird von einem herkömmlichen hochtourigen Motor abgeleitet, der auf im Bereich von 300 : 1 bis 1000 : ' liegende Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnisse herunterübersetzt ist, wodurch viele unerwünschte Einflüsse auf die Hochleistungs-Servoregelung eingeführt werden. Diese Einflüsse umfassen eine zusätzliche Trägheit, die manchmal größer als die der Plattform ist, sowie Schlupf, Federung und Reibung wie auch mechanische Resonanzen im Vorgelege.error signals different from this error signal become generally derived from the main axis of the movably suspended platform with one or more sensing devices, which are directly connected to the platform in known systems to detect movement in space. In previous control systems, the platform with the servo motor was via a device for reducing the speed connected, which is generally a reduction gear reduction gear that provides the required torque. the mechanical force is derived from a conventional high-speed Motor derived, which down-converts to speed ratios in the range of 300: 1 to 1000: ' introducing many undesirable influences on the high-performance servo control. These influences include additional inertia, sometimes greater than that of the platform, as well as slippage, suspension and friction as well as mechanical resonances in the transmission.

Die Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit in Servoantrieben wurde bereits durch die Verwendung eines direkt antreibenden Systems beseitigt. In diesem System steuert ein Servokraftantrieb einen langsam um! auf enden Elektromotor, der mit der Last über ein durchgehend massives im wesentlichen starres Element verbunden ist.The device for reducing the speed in servo drives has already been eliminated by using a direct drive system. In this system one controls Servo power drive one slowly around! on ends electric motor, which with the load over a continuous massive essentially rigid element is connected.

Es wurde nun herausgefunden, daß, obwohl Einrichtungen zum Reduzieren der Geschwindigkeit verwendet werden, Leistungsgewinne zu erhalten sind, die bisher als charakteristisch für das direkt angetriebene Servosystem angesehen wurden. Zusätzlich können gewisse, bei einem Antrieb mit Geschwindigkeitsreduzierung gegebene wünschenswerte Verhaltensmerkmale einschließlich geringerem Gewicht und geringerer GrößeIt has now been found that, although speed reducing devices are used, there are performance gains to be obtained which have heretofore been considered characteristic for the direct drive servo system. In addition, with a drive with a speed reduction given desirable behavioral traits including lighter weight and smaller size

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im Vergleich zu direkt antreibenden Hauptantrieben beibehalten werden. Mit dieser Lösung können Vorteile erzielt werden, die beiden System eigen sind.compared to direct driving main drives will. With this solution, advantages can be achieved which are common to both systems.

Die Erfindung erfaßt ein Servosystem mit geschlossenem Hegelkreis und verwendet einen umschaltbaren Gleichstrommotor, der mit der Plattform über eine Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit verbunden ist. Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die vom Motor und der Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit gebildeten Trägheiten nur einen· geringen prozentualen Anteil der Trägheit des gesamten Systems ausmachen. Die Begrenzung der Trägheit wird mit einem Minimum an drehmomentsvermehrenden Elementen erzielt, soweit das mit den Drehmomentsanforderun gen für die Plattformßtabilisation zu vereinbaren ist. Auf diese Weise wird die Trägheit der gesamten Antriebsstrecke unterhalb eines einen beträchtlichen Energieaufwand zum Beschleunigen der Trägheitsmasse des Motors und der diesem zugeordneten Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit erfordernden Wertes gehalten, um eine Bewegung der tr&gneits stabiiisierten Plattform zu verändern. Die Plattform wird dadurch von dem schädlichen Einfluß isoliert, welcher Grundbewegungen durch die Antriebsstrecke übertragen kann.The invention includes a closed loop servo system and uses a switchable DC motor, which is connected to the platform via a device for reducing the speed. This facility is characterized in that the engine and the Means for reducing the speed inertia formed only a · small percentage of the inertia of the entire system. Limiting inertia is achieved with a minimum of torque Elements achieved, as far as that with the torque requirements gen for platform stabilization is to be agreed. on This way, the inertia of the entire drive line is below a considerable expenditure of energy Accelerating the inertial mass of the motor and the device associated therewith for reducing the speed required value held to a movement of tr & gneits to change the stabilized platform. The platform will thereby isolated from the harmful influence which basic movements can be transmitted through the drive train.

Ganz allgemein kann das Wesen der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf eine mathematische Beziehung, welche die durch eine Antriebsstrecke reflektierte Trägheit definiert, wie folgt erläutert werden:In general, the essence of the present invention can be understood by referring to a mathematical relationship, which the inertia reflected by a drive line can be explained as follows:

worin J*. die Trägheit des Motors und der Einrichtung zue. Reduzieren der Geschwindigkeit bezogen auf die Massewhere J *. the inertia of the motor and the device. Reduce the speed in relation to the mass

ist (Masse χ Abstand );is (mass χ distance);

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Jg die Trägheit des Motors und der Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit am Motor ißt (MasseJg the inertia of the motor and the device for Reducing the speed on the engine eats (mass

ο
χ Abstand );
ο
χ distance);

i* das Übersetzungsverhältnis des Getriebes ist.i * is the gear ratio of the gearbox.

Die gesamte Trägheit des Systems kann somit durch folgende mathematische Gleichung dargestellt werden:The total inertia of the system can thus be represented by the following mathematical equation:

J1 - JL + JM (2)J 1 - J L + J M (2)

worin Jm die gesamte Trägheit des Systems istwhere J m is the total inertia of the system

2
(Masse χ Abstand )
2
(Mass χ distance)

Jt die Trägheit der Plattformlast ist (Masse χ Abstand )Jt is the inertia of the platform load (mass χ distance)

Jj- die Trägheit des Motors und der Einrichtung zum' Reduzieren der Geschwindigkeit bezogen auf die Masse ist (Masse χ Abstand )jJj- the inertia of the motor and the device for ' Reducing the speed in relation to the mass is (mass χ distance) j

Wenn das Verhältnis Jfj/Jfji einen errechneten prozentualen Wert von weniger als 15# hat, dann ist der auf die Plattforastabllisation entsprechend der von der Antriebsstrecke reflektierten Trägheit nachteilig einwirkende Einfluß kaum bemerkbar. Eine genaue Stabilisation wurde mit einem System erzielt, das bei Verhältnissen von 0,05% bis 5# untersucht wurde. Das Reduktionsverhältnis für die Geschwindigkeit,mit dem diese Ergebnisse erzielt werden, hängt sowohl von der Motorträgheitscharakteristik und den Drehmomentsanforderungen des Systems als auch von weiteren Parametern für den speziellen Anwendungsfall ab. Deshalb ist es nicht möglich, eine ausreichende vollständige Verallgemeinerung hinsichtlich des Reduktionsverhältnisses für die GeschwindigkeitIf the ratio Jfj / Jfji has a calculated percentage Has a value of less than 15 #, then it is on the platform database in accordance with the inertia reflected from the drive section, there is hardly any adverse influence noticeable. Accurate stabilization was achieved with a system that tested at ratios from 0.05% to 5 # became. The reduction ratio for the speed with The point at which these results are achieved depends on both the engine inertia characteristics and the torque requirements of the system as well as other parameters for the special application. Therefore it is not possible a sufficient complete generalization as to the reduction ratio for speed

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für alle Systeme anzugeben. Nur zur weiteren Veranschaulichung sei angegeben, daß Übersetzungsverhältnisse im Bereich von 40 : 1 zu 4 : 1 die gewünschten Ergebnisse in einem System mit einem langsam und stark gedrosselten Drehmoment laufenden Servomotor geliefert haben, wobei eine geringere reflektierte Trägheit bei niedrigeren Übersetzungsverhältnissen erzeugt worden ist. Ein Ansteigen der Plattformmasse erlaubt höhere Übersetzungsverhältnisse um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, was die Gefährlichkeit noch weiter verringert, wenn die Übersetzungsverhältnisse von den oben angegebenen allgemeinen Grundsätzen abweichen. Die oben allgemein beschriebene Antriebsstrecke ist für eine genaue Stabilisation der Plattform mit Einrichtungen zum Ermitteln der Bewegung im Raum und Servoeinrichtungen zur Steuerung des Motors verbunden. Die Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit für die Antriebsstrecke kann aus Getrieben oder anderen mechanischen Verbindungen bestehen, die Kurbel- und Hebelkombinationen oder dgl. einschließen.to be specified for all systems. For the sake of further illustration it should be stated that gear ratios in Range from 40: 1 to 4: 1 will get the results you want in a system with a slow and heavy throttling Torque running servo motor with less reflected inertia at lower gear ratios has been generated. An increase in the platform mass allows higher gear ratios to achieve comparable results, which reduces the danger even further when the gear ratios deviate from the general principles given above. The drive line described in general above is for a precise stabilization of the platform with devices for determining the movement in space and servo devices connected to control the motor. The device for reducing the speed for the drive line can consist of gears or other mechanical connections exist, the crank and lever combinations or the like. Include.

In seinem grundsätetlichen Aufbau ist im vorliegenden Servo-Regelsystem die mit gering reflektierter Trägheit aufgebaute Antriebsstrecke mit der Plattform verbunden. Die Einrichtungen zum Ermitteln einer Bewegung im Raum liefern ein Signal, das kennzeichnend für die Plattformbewegung ist. Dieses Signal wird vom elektrischen Servoteil des Systems umgeformt und liefert ein der Stabilisierung dienendes Rückkopplungssignal für den Motor der Antriebsstrecke. Die elektrischen Komponenten und die Schaltung, welche die Rückkopplungsschleife des Servoteils des Regelsystems bilden, sind so konstruiert und miteinander verbunden, daß die Platt-In its basic structure is in the present servo control system the drive line, which is built up with little reflected inertia, is connected to the platform. The facilities to determine a movement in space provide a signal which is characteristic of the platform movement. This signal is converted by the electrical servo part of the system and provides a feedback signal for stabilization for the motor of the drive train. The electrical components and circuitry that make up the feedback loop of the servo part of the control system are designed and connected in such a way that the plates

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form über einen relativ breiten Frequenzbereich hinsichtlich der eingangsseitig wirksamen Grundbewegung stabilisiert ist. Das die Bewegung im Raum kennzeichnende Signal wird in einem Servoverstärker leicht verstärkt, welcher ein Fehlersignal für einen getasteten Kraftverstärker liefert, von dem das Steuersignal für den Motor abgeleitet wird. Dieser besondere Kraftverstärker, der im folgenden noch genauer beschrieben wird, erlaubt für den Servovorgang eine große Bandbreite durch die Verwendung einer Schaltfrequenz, die bedeutend über der des gewünschten Servobandpasses liegt. Zusätzliche elektrische Rückkopplungen können in den Servoteil des Systems zur Verbesserung der Leistung eingeführt werden. Ein Stromrückkopplungssignal im Servo verbessert die Isolierung zwischen der Motormasse und der Plattformmasse bei hohen Frequenzen und bewirkt geringere Fehler bei der Servotätigkeit. Das Servoregelsystem kann mit weiteren zusätzlichen Merkmalen ausgestattet sein, welche noch weitere betriebliche Vorteile liefern. Ein integrierter Schaltkreis für den Servoverstärker kann als Lagegedächtnis für das System vorgesehen sein, welches die Plattform in eine bestimmte räumliche Lage zurückführt, nachdem vorübergehend auftretende Störmomente, die die Drehmomentsleistung des Systems übersteigen, beseitigt sind. In ähnlicher Weise kann auch eine Maximalstrombegrenzung in die Schaltung für den Servoteil des Systems eingefügt werden, um eine Überlastung des Motors oder des Kraftverstärkers zu verhindern. Die Haupteinrichtungen zum Ermitteln der räumlichen Bewegung der Plattform können ein Beschleunigungsmesser, ein Kreisel oder ähnliche Einrichtungen sein.form stabilized over a relatively wide frequency range with regard to the basic movement effective on the input side is. The signal that characterizes the movement in space is slightly amplified in a servo amplifier, which provides an error signal for a sensed force amplifier from which the control signal for the motor is derived. This special power amplifier, which will be described in more detail below, allows one for the servo process large bandwidth through the use of a switching frequency that is significantly higher than that of the desired servo bandpass. Additional electrical feedback can be introduced into the servo portion of the system to improve performance will. A current feedback signal in the servo improves the isolation between the motor ground and the platform ground at high frequencies and causes fewer errors in servo action. The servo control system can be used with other be equipped with additional features that provide further operational advantages. An integrated circuit for the servo amplifier can be provided as a memory location for the system, which the platform in a Certain spatial position returns after temporarily occurring disturbing torques that reduce the torque output of the System are eliminated. In a similar way, a maximum current limit can also be set in the circuit for the Servo part of the system can be inserted to prevent overloading of the motor or the power amplifier. the Main devices for determining the spatial movement of the platform can be an accelerometer, a gyro or similar institutions.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird im Servoregelteil des Systems ein Fehlersignal von der LageIn a preferred embodiment of the invention, an error signal from the position in the servo control part of the system

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der Plattform abgeleitet. Eine Beschleunigung der Plattform längs ihrer Höhen- und Querachse wird mit einem oder mehreren mit ihr verbundenen Kreisel gemessen. Solange die Geschwindigkeit der Bewegung im Raum, wie sie mit einem oder mehreren Kreiseln gemessen wird, mit dem Servoregelteil des Systems auf Mull gehalten wird, verbleibt die Plattform in einer stationären Lage im Raum. Um die Plattform in eine andere räumliche Lage zu bewegen, kann ein Sollwert-Signal in den Servokreis eingespeist werden, welches die Plattform so lange verstellt, bis die von einem oder mehreren Kreiseln gemessene Geschwindigkeit mit dem Geschwindigkeit ssollwert übereinstimmt. Das Kreiselsignal wird an einen Servoverstärker angelegt, der ebenfalls die üblichen Eingangesignale zusammen alt Sollwert-Signalen erhält. Ein Rückkopplungsverstärker zusammen mit den zugeordneten Schaltkreisen ist als Rückkopplung zwischen den Gleichstrommotor und den Servoverstärker geschaltet, um die Plattform zur verbesserten Stabilisierung gegen Störbewegungen der Basis zu isolieren. Im Motorschaltkreis ist vorteilhafterweise ein Shunt vorgesehen, der einen Strom proportional dem Strom des Motors liefert,, und damit das System mit einem weiteren Rückkopplungssignal versorgt. Der mit dem Stromrückkopplingeverstärker verbundene Schaltkreis begrenzt den dem Gleichstrommotor sugeführten Spitzenstrom. Die Geschwindigkeitsrückkopplingssignale des Steuerkreisels, die Stromrückkopplungsund die Stroabegrenzungssignale werden alle in einer später im einzelnen beschriebenen Veise zusammengeführt, um ein kompensiertes und richtig begrenztes Fehlersignal für einen Gleichstrom-Kraftverstärker zu liefern, der zwischen den Servoverstärker und den Servomotor geschaltet ist. Dieser Kraftverstärker liefert eine nach Polarität und Amplitudederived from the platform. An acceleration of the platform along its height and transverse axis is measured with one or more gyroscopes connected to it. As long as the Speed of movement in space, as measured with one or more gyroscopes, with the servo control part of the system is kept on gauze, the platform remains in a stationary position in space. To use the platform in To move to another spatial position, a setpoint signal can be fed into the servo circuit, which the Platform adjusted until the speed measured by one or more gyroscopes with the speed ssollwert agrees. The gyro signal is applied to a servo amplifier, which also has the usual input signals altogether receives setpoint signals. A feedback amplifier along with associated circuitry is connected as feedback between the DC motor and the servo amplifier in order to drive the platform to isolate improved stabilization against disruptive movements of the base. In the motor circuit there is advantageously a Shunt provided, which supplies a current proportional to the current of the motor, and thus the system with a further feedback signal provided. The one with the current feedback amplifier The connected circuit limits the peak current supplied to the DC motor. The speed feedback signals of the control gyro, the current feedback and the current limit signals will all be discussed later Veise described in detail merged to form a compensated and to provide a properly limited error signal for a DC booster operating between the Servo amplifier and the servo motor is switched. This booster delivers one according to polarity and amplitude

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— ο —- ο -

dem Steuerbefehl des Servoverstärkers entsprechende Spannung. Die Verwendung eines in Festkörpertechnik aufgebauten, getasteten Kraftverstärkers liefert eine kurze Zeitkonstante, welche zusammen mit der verhältnismäßig kurzen Zeitkonstante der Übertragungskette des Systems eine genaue Gesamtregelung sicherstellt.voltage corresponding to the control command of the servo amplifier. The use of a keyed force amplifier built in solid-state technology provides a short time constant, which, together with the relatively short time constant of the system's transmission chain, ensures precise overall control ensures.

Die intriebsstrecke in dem oben beschriebenen, einen Bandpass enthaltenden servomechanischen Regelsystems umfaßt einen unschaltbaren Gleichstrommotor, der mit einem Reduzier-Vorgelege verbunden ist. Diese Kombination liefert das erforderliche Drehmoment für die Stabilisationsbewegungen der Plattform bei dem relativ niedrigen, vorausgehend erklärten Trägheitsverhältnia J^/J^. Die üblichen hochtourigen Servomotoren, welche mit ungefähr 1ΘΟΟ Umdrehungen pro Minute und mehr umlaufen, können wegen der sehr hohen Rotorträgheit keine Verwendung finden. Um die den verfügbaren, umschaltbaren Gleichstrommotoren von Natur aus anhaftende hohe Rotorträgheit zu überwinden ist es notwendig, einen Motor zu verwenden, welcher ein hohes Drehmoment bei einer viel geringeren Geschwindigkeit von ungefähr 300 Umdrehungen pro Hinute liefert. Die vom Motor selbst beigesteuerte, durch die Bezeichnung JH dargestellte Trägheit kann dabei auf einem vergleichsweise niederen Wert gehalten werden. Das Reduzieren der Motorgeschwindigkeit verkleinert auch das Übersetzungsverhältnis der ausgewählten Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit, welches angenehmerweise die Schlupf- und Reibungsverluste bei der Servoreaktion verringert. Die spezielle Kombination eines niedertourigen Motors mit einer Geschwindigkeitsreduktion im Bereich von ungefähr 4- : 1 zu 40 ; 1 führt zu solch relativ niedrigen J^-Werten. Es gibt noch weitere imThe drive line in the above-described servomechanical control system containing a bandpass comprises a non-switchable direct current motor which is connected to a reduction gear. This combination provides the torque required for the stabilization movements of the platform at the relatively low inertia ratio J ^ / J ^ explained above. The usual high-speed servomotors, which rotate at around 1ΘΟΟ revolutions per minute and more, cannot be used because of the very high rotor inertia. In order to overcome the inherent high rotor inertia inherent in the available switchable DC motors, it is necessary to use a motor which can provide high torque at a much slower speed of about 300 revolutions per minute. The inertia contributed by the motor itself, represented by the designation J H , can be kept at a comparatively low value. Reducing the motor speed also lowers the gear ratio of the selected device for reducing the speed, which conveniently reduces the slip and friction losses in the servo response. The special combination of a low-speed motor with a speed reduction in the range of approximately 4-: 1 to 40; 1 leads to such relatively low J ^ values. There are more in the

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"" 9 —"" 9 -

Vergleich mit herkömmlich übersetzten Antrieben hinsichtlich der Servoleistung erzielbare Vorteile, die von niedrigen J,v-Werten hergeleitet werden können. Insbesondere ist eine höhere als mit herkömmlichem Antrieb mögliche mechanische Resonanzfrequenz als zusätzlicher Gewinn eines niedrigen J„-Wertes erzielbar, obwohl die Steifigkeit des Vorgeleges nicht größer ist. Dieser Gewinn tritt sichtbar zutage bei der Betrachtung der Beziehung für die Energie-Übertragungsfunktion in einem Lage-Servosystem. Die Resonanzfrequenz eines Motors, der mit der Last über ein Vorgelege verbunden ist, ist gegeben durch:Comparison with conventionally translated drives with regard to servo performance benefits from low J, v values can be derived. In particular, there is a higher mechanical resonance frequency than is possible with a conventional drive as an additional gain from a low J "value achievable, although the stiffness of the transmission is not greater. This gain becomes visible when considering the relationship for the energy transfer function in an attitude servo system. The resonance frequency of a motor, which is connected to the load via an intermediate transmission is given by:

tfn - (JM + 3I? *S tf n - ( J M + 3 I? * S

worin W die ungedämpfte Resonanzfrequenz ist (fiadius/Sek.)jwhere W is the undamped resonance frequency (fiadius / sec.) j

Jj, die Trägheit des Motors und der Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit bezogen auf die Masse ist (Masse χ Abstand )jJj, the inertia of the motor and the device for Reduce the speed in relation to the mass (Mass χ distance) j

J, die Trägheit der Plattformmasse ist (Masse χ Abstand );J, is the inertia of the platform mass (mass χ distance);

Kn die Federkonstante des Vorgeleges ist (Gewicht χ Abstand/Radius). Kn is the spring constant of the additional gear (weight χ distance / radius).

Somit wird bei einer gegebenen Steifigkeit (K&) und einer Trägheitsmasse (Jt) aus der Gleichung (J) abgeleitet, daß die Resonanzfrequenz mit dem Kleinerwex'den von J„ ansteigt. Auf diese Weise können Servosysteme mit größerer Bandbreite als mit den bisher zur Verfügung stehenden Hochgeschwindigkeitsmotoren k erhalten werden, wodurch die vorliegende Erfindung im weitesten Maße für di.e verschiedensten Anwendungsgebiete verwendet werden kann.Thus, for a given stiffness (K & ) and an inertial mass (Jt), it is derived from equation (J) that the resonance frequency increases as J decreases. In this way, servo systems with a greater bandwidth than with the high-speed motors k hitherto available can be obtained, whereby the present invention can be used to the greatest extent for the most diverse fields of application.

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- ίο - '- ίο - '

Es wird nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung durch die spezielle Kombination eines niedertourigen Motors und den oben erwähnten Verhältnissen für die Geschwindigkeitsreduktion zu begrenzen. Sa eine Verbesserung der Servoleistung im Vergleich mit herkömmlichen Antrieben zum Verringern der Geschwindigkeit mit verhältnismäßig niedrigen J„-Werten erzielt wird, wird es offenbar, daß auch eine andere Einrichtung existiert, um diese Ergebnisse zu erhalten. Durch das Beseitigen der herkömmlich hochtourige Servomotoren charakterisierenden .hohen Rotorträgheit wird es möglich, höhere Übersetzungsverhältnisse für die Geschwindigkeitsreduktion ohne Ansteigen des JM-Wertes zu verwenden. Während bei höheren Übersetzungsverhältnissen das Anwachsen der Reibung und des Schlupfes in den Servosystemen erwartet wird, konnten bei einer besonderen Anwendung alle Nachteile durch ein niedrigeres, für den Motor erforderliches Drehmoment und einen verbesserten Wirkungsgrad wegen der höheren Motorgeschwindigkeit wettgemacht werden. Aus diesen Betrachtungen ergibt sich, daß die Erfordernisse der Erfindung für die Antriebsstrecke so lange erfüllt werden, als die addierten Werte der Motorträgheit und der Trägheit für die Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit bei einigen Prozenten der Systemträgheit gehalten werden, die durch die Plattform und ihre Belastung gegeben ist. In Zukunft zu r Verfügung stehende hochtourige, umschaltbare Gleichstrommotoren, die durch eine niedrige Rotorträgheit gekennzeichnet sind, und welche bei höheren Geschwindigkeiten ein bedeutendes Ausgangsdrehmoment abgeben, machen sich bisher ausschließende Kombinationen möglich. Daher zieht die Erfindung im weitesten Sinne geschwindigkeitsreduzierende Antriebs-Servosysteme in Betracht, bei denen der J„-Wert immer klein ist im Vergleich zu dem J^-Betrag, was überrascht im Hinblick auf den beim Entwickeln von Servoanlagen gültigen Grundsatz, daß die Systemleistung immer einIt is not intended to limit the present invention to the particular combination of a low-speed motor and the above-mentioned ratios for speed reduction. Once an improvement in servo performance is achieved as compared to conventional speed reduction drives with relatively low Y "values, it will be apparent that other means exist to achieve these results. By eliminating the high rotor inertia that traditionally characterizes high-speed servomotors, it is possible to use higher gear ratios for speed reduction without increasing the J M value. While the increase in friction and slip in the servo systems is expected at higher gear ratios, in a particular application all disadvantages could be offset by a lower torque required for the motor and an improved efficiency due to the higher motor speed. From these considerations it follows that the requirements of the invention for the drive line are met as long as the added values of the motor inertia and the inertia for the device for reducing the speed are kept at a few percent of the system inertia caused by the platform and its loading given is. High-speed, switchable DC motors that will be available in the future, which are characterized by a low rotor inertia and which deliver a significant output torque at higher speeds, have made exclusive combinations possible up to now. Therefore, in the broadest sense, the invention considers speed-reducing drive servo systems in which the J "value is always small compared to the J ^ amount, which is surprising in view of the principle that is valid when developing servo systems that the system performance is always a

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Kompromiss hinsichtlich der verwendeten Einrichtung »um Reduzieren der Geschwindigkeit darstellt.Compromise regarding the equipment used »um Represents reducing speed.

Ein Ausführungsbeiepiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt: Es zeigenAn exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing Pictured: Show it

Fig. 1 ein Blockschema eines elektromechanischen Servosystems gemäß der Erfindung zum Stabilisieren der' Plattformbewegung längs einer Ichs·}Fig. 1 is a block diagram of an electromechanical servo system according to the invention for stabilizing the ' Platform movement along an ego}

Fig. 2 ein Blockschema für einen Servoverstärker gemäß Figur 1}2 shows a block diagram for a servo amplifier according to Figure 1}

Fig. 3 ein ausführlichee Blockschema, das die prinzipiellen Elemente der Servoeinrichtung zeigt, aus welchen das Regelsystem gemäß Fig. 1 besteht;3 is a detailed block diagram showing the principal Shows elements of the servo device making up the control system of FIG. 1;

Fig. 4 ein Blockschema für ein Zweiachsen-Regeleystem gemäß der Erfindung.4 shows a block diagram for a two-axis control system according to the invention.

In der Zeichnung werden in allen figuren für gleiche Elemente Jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet.In the drawing, all figures represent the same elements The same reference numerals are used in each case.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung für die Anwendung mit hohen Stördrehmomenten beschrieben, bei der ein Kreisel mit einem Freiheitsgr&d Betrag und Geschwindigkeit der Bewegung mißt, wobei seine empfindliche Achse entweder auf dieHihen- oder Querachse der Plattform ausgerichtet ist. Vorzugsweise wird ein zweiter Creschwindigkeitskreisel mit seiner empfindlichen Achse rechtwinklig zu der Achse des ersten Kreisels ausgerichtet. Die beschriebene Kreiselanordnung wird allgemein für Zweiachsen-Stabilisation der Plattform benutzt, wobei getrennte, von der Höhen- und der Querachse abgeleitete FehlerSignale individuelle Antriebsstrecken in einer später beschriebenen Weise antreiben. Da im wesent- -In FIG. 1, a preferred embodiment of the invention for use with high disturbance torques is described, at which is a gyroscope with a magnitude and speed of freedom of movement, with its sensitive axis aligned with either the vertical or transverse axis of the platform is. A second speed gyro is preferred with its sensitive axis oriented at right angles to the axis of the first gyro. The gyro arrangement described is generally used for two-axis stabilization of the platform, with separate one from the elevation and the transverse axis derived error signals individual drive lines drive in a manner described later. Since essentially -

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

109808/0450109808/0450

lichen dieselben Servoelemente für diesen Zweck in Jeder stabilisierten Achse benutzt werden, braucht nur die Anordnung einer einzigen Achse betrachtet werden. Demgemäß wird die Lage der Plattform 10 hinsichtlich der Höhenachse durch einen umschaltbaren, niedertourigen Gleichstrommotor 12 festgehalten, welcher mit der Plattform durch ein Reduktionsvorgelege 14- verbunden ist, um die Plattform im Vergleich zu der zu stabilisierenden Hasse mit einer kleinen Motor- und Getriebeträgheit anzutreiben. Ein Einachsen-Geschwindigkeitskreisel 16 ist starr an der Plattform befestigt, und liefert ein Geschwindigkeitssignal, das der Bewegung der Plattform im Baum proportional ist. Der Geschwindigkeitskreisel hat vorzugsweise integrierende Eigenschaften, um eine größere Genauigkeit im Vergleich zu konventionellen Geschwindigkeitskreiseln zu erzielen. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Lagestabilisation dadurch erzielt, daß die Geschwindigkeitseignale wie sie von den beiden Kreiseln gemessen werden; durch entsprechende Servoelemente auf Hull gehalten werden, wodurch die Plattform in irgendeiner vorher festgelegten räumlichen Lage gehalten wird. Dies wird durch den Vergleich von an den Kreiseln abgenommenen Signalen erzielt, wobei solange Drehmomente um die verschiedenen Kreiselachsen erzeugt werden, Us alle Signalableitungen im wesentlichen verschwinden. In Figur 1 ist im Interesse der größeren Klarheit nur die Servoschleife für die Höhenachse dargestellt, Jedoch folgt, daß eine gleiche Anordnung für die Querachsenstabilisation verwendet werden kann. Je nach den anzuwendenden Leistungskriterien können zum Stabilisieren der speziellen Achsen verschiedene Einrichtungen zum Reduzieren der Geschwindigkeit in der Antriebsstrecke verwendet werden. So z.B. liefert eine Kurbel und ein Hebelgestänge, das mit einem Servomotor verbunden ist, eine geeignete Geschwindigkeitsverringerung längs einer Achse, an welcher nur eine begrenzte Bewegung auftritt.lichen the same servo elements for this purpose in each stabilized axis are used, only the arrangement of a single axis needs to be considered. Accordingly the position of the platform 10 with respect to the height axis is determined by a switchable, low-speed direct current motor 12 recorded, which is connected to the platform by a reduction gear 14- to the platform in Compared to the Hasse to be stabilized, it can be driven with a small motor and gearbox inertia. A single axis speed gyro 16 is rigidly attached to the platform, and provides a speed signal indicative of movement is proportional to the platform in the tree. The speed gyro preferably has integrating properties for greater accuracy compared to conventional To achieve speed gyroscopes. In the exemplary embodiment, the position stabilization is achieved by that the speed signals as measured by the two gyroscopes; by appropriate servo elements Hull, whereby the platform is held in any predetermined spatial position. this will achieved by comparing the signals picked up at the gyroscopes, with torques as long as the various Gyro axes are generated, Us all signal derivatives in essential disappear. In Figure 1, in the interests of clarity, only the servo loop is for the elevation axis However, it follows that a similar arrangement can be used for cross-axis stabilization. Depending on Various devices can be used to reduce the performance criteria to be applied to stabilize the specific axes the speed in the drive line. For example, a crank and a lever linkage provide which is connected to a servomotor, a suitable reduction in speed along an axis on which only limited movement occurs.

109808/0450109808/0450

Eine Steuerstufe 18 stellt einen Vereinigungspunkt in der Servoregelschleife zum Zuführen der Steuersignale für den Fall dar, daß die Plattform aus ihrer trägheitsstäbilisierten Lage in eine andere räumliche Orientierung gebracht werden soll. Die Gleichstromlagesignale werden einem Servoverstärker 20 zugeführt, welcher aus dem Lagesignal, dem vom Kreisel gelieferten Signal und der Stromrückkopplung ein zusammengesetztes Fehlersignal für den Kraftverstärker 22 liefert. Solange kein Lageeingangssignal an den Servoverstärker angelegt wird, besteht dessen Ausgang aus einem irgendwelchen Störbewegungen der Plattform entgegenwirkenden Stabilisierungssignal. Der umlaufende Kreisel mißt ununterbrochen die Abweichungen der Kreiseldrehachse von ihrer Nullage. Die Antriebsstrecke bewegt die Plattform bis die Geschwindigkeitssignale vom Kreisel und das Lageeingangssignal gleich sind. Eine Stromrückkopplungsschleife 24 leitet ein kontinuierliches Signal von einem Shunt in der Servomotor schaltung ab, welches dem Motorstrom proportional ist. Das Stromrückkopplungssignal wird in einem Verstärker 26 verstärkt, der mit einem Netzwerk zur Begrenzung des dem Servomotor zugeführten Maacimalstroms versehen ist, und eine Nachführung für die Motorgeschwindigkeit im Interesse einer schnellen Servoreaktlon liefert.A control stage 18 represents a merging point in the Servo control loop for supplying the control signals in the event that the platform from its inertia stabilized Location should be brought into a different spatial orientation. The DC position signals are fed to a servo amplifier 20, which is a composite of the position signal, the signal supplied by the gyro and the current feedback Error signal for the booster 22 delivers. As long as no position input signal is applied to the servo amplifier its output consists of a stabilization signal counteracting any disturbing movements of the platform. The revolving top continuously measures the deviations the rotary axis of the gyro from its zero position. The drive line moves the platform until the speed signals from the gyro and the position input signal are the same. A current feedback loop 24 conducts a continuous Signal from a shunt in the servomotor circuit, which is proportional to the motor current. The current feedback signal is amplified in an amplifier 26 which is connected to a network to limit the maximum current supplied to the servomotor is provided, and provides a tracking for the motor speed in the interest of a fast servo response.

Im Betrieb wird das Kreiselgeschwindigkeitssignal und das eingestellte Stromrückkopplungssignal im Servoverstärker zusammengeführt, um ein Ausgangsfehlersignal zu liefern, das direkt zur Steuerung des Servomotors dem Kraftverstärker zugeführt wird. Dies stellt eine Vereinfachung bekannter Servosysteme dar, die eine vereinigte Kreisel- und Stromrückkopplung verwenden, wobei das Kreiselgeschwindigkeitssignal differenziert wird, bevor es mit dem Stromrückkopplungssignal zusammengeschaltet wird. Die Zusammensetzung der Signale, wieDuring operation, the gyro speed signal and the set current feedback signal are combined in the servo amplifier, to provide an output error signal that is fed directly to the booster to control the servo motor will. This represents a simplification of known servo systems using unified gyro and current feedback, where the gyro speed signal is differentiated before using the current feedback signal is interconnected. The composition of the signals, such as

109808/0450 ' · /109808/0450 '/

-rr»-rr »

es das Ausfiihrungsbeispiel »eigt, bringt beträchtliche Vorteile hinsichtlich der Leistung und insbesondere hinsichtlich der Drehmomentereaktion, wobei damit kein oder nur ein geringer Kostenanetieg in Bezug auf das Gesamtsystem verbunden ist. Wenn man einen integrierenden Schaltkreis als unterste erste Stufe für den öervoverstärker vorsieht erhält man als zusätzlichen Vorteil ein Lagegedächtnis und eine hohe Verstärkung bei niedriger Bewegungsfrequenz .It is the embodiment example that brings considerable benefits Advantages in terms of performance and in particular in terms of torque response, with no or only a slight increase in costs in relation to the overall system connected is. If one provides an integrating circuit as the lowest first stage for the amplifier As an additional benefit, you get a position memory and a high gain at a low frequency of movement .

In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Servoverstärkers gemäß Figur 1 dargestellt. Der Verstärker 20 verkettet das Eingangslagesignal (Sollwert), das Geschwindigkeitssignal des Kreisels, das Stromrückkopplungssignal mit einem Signal zur Strombegrenzung und beaufschlagt den Kraftverstärker mit einem stabilisierten und kompensierten und in geeigneter Weise begrenzten Signal. Integrierende Schaltkreismerkmale im Servoverstärker liefern ein Lagegedächtnis zur automatischen Zurückführung in eine Sollwert-Lage für den Fall, daß Stördrehmomente die ftir den Servomotor gültigen Nennwerte übersteigen. Dementsprechend werden das Lageeingangssignal und das Geschwindigkeitssignal des Kreisele direkt an einen Vorverstärker 28 gelegt, mit dem eine Hückkopplungsschleife 350 für hohe Verstärkung bei niedriger Frequenz verbunden ist. Dadurch bleiben Fehler infolge eines Hassen- oder äußeren Drehmoments, der Grundbewegung und der Drift des Servoverstärkers klein. Ein Lagegrenzsignal, welches in konventioneller Weise von einem nicht dargestellten Tachometer und Potentiometer, die mit dem Servomotor verbunden sind, abgeleitet wird, wird über einen Widerstand 32 dem Gleichstromverstärker 3W- zugeführt, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers in Form einer Gleich-In Figure 2 is a preferred embodiment of the servo amplifier shown in FIG. The amplifier 20 concatenates the input position signal (setpoint value), the speed signal of the gyro, the current feedback signal with a signal for current limitation and applied to the Force amplifier with a stabilized and compensated and appropriately limited signal. Integrating Circuit features in the servo amplifier provide a position memory for automatic return to a setpoint position in the event that interference torques affect the servomotor exceed valid nominal values. Accordingly, the position input signal and the speed signal of the Gyro placed directly on a preamplifier 28, with the a feedback loop 350 for high gain low frequency is connected. This leaves errors due to a hating or external torque, the basic movement and the drift of the servo amplifier is small. A position limit signal, which in a conventional manner does not come from one shown tachometer and potentiometer, which are connected to the servomotor, is derived via a Resistor 32 is fed to the DC amplifier 3W-, wherein the output signal of the amplifier in the form of a constant

1098Q8/0A5Q1098Q8 / 0A5Q

spannung die Lage und Geschwindigkeit der Plattform in Bezug auf irgendeine bestimmte Grenzlage anzeigt. Das Ausgang*«ignal des Verstärkers wird zwei Zenerdioden 36 und 38 zugeführt, die so zusamaengeschaltet sind, daß sie einen Unempfindlichkeitsbereich aufweisen, um den Wert des Spannungssignals am Verbindungspunkt 40 zu begrenzen. Das Spannungssignal in diesem Punkt wird dadurch proportional entsprechend der Annäherung der Plattform an die Grenzlagen verringert, um dort die Flattformgeschwindigkeit su verringern. Ein Stromrückkopplungssignal vom nicht dargestellten Servomotorschaltkreis wird im Gleichstromverstärker 42 verstärkt, dessen Ausgangssignal an ein Netzwerk 44 angelegt ist. Dasvoltage in relation to the position and speed of the platform indicates any particular borderline. The output signal of the amplifier is fed to two zener diodes 36 and 38 which are connected together to form one Have insensitivity range in order to limit the value of the voltage signal at connection point 40. The voltage signal at this point is proportional accordingly the approach of the platform to the boundary layers is reduced in order to reduce the flatform speed su there. A current feedback signal from the servomotor circuit, not shown, is amplified in the DC amplifier 42, whose output signal is applied to a network 44. That

eineone

Netzwerk dient der Filterung des Signals durch eine/ Serienschaltung aus einer Kapazität 46 und einem Widerstand 48 aufweisende Voreilschaltung, womit die Trägheitszeitkonetante des Servomotors festgelegt wird. Auf diese Weise hilft das Stromrückkopplungssignal die Übergangsfunktion zur Stabilisierung des Servo zu formen. Eine Maxijud strombegrenzung für den Servomotor wird dadurch erhalten, daß das Stromrückkopplungssi gnal über zwei weiter· Zenerdioden 50 und 52 vom Gleichstromverstärker 42 in Parallelschaltung dem Punkt 54 zugeführt wird. Biese Dioden sind wiederum derart miteinander verbunden, daß sie einen Unempfindlichkeitsbereich aufweisen und den Signalwert am Punkt 54 begrenzen. Somit werden die vom Servoverstärker kommenden Signale für Strom und Spannung so einreguliert, daß das Anlegen eines ungeeigneten Drehmoments oder ungeeigneter elektrischer Befehle an den Servomotor verhindert wird. Am Punkt 40 werden das integrierte Geschwindigkeitssignal des Kreisels und das Lageeingangssignal mit dem Lagegrenzsignal verbunden, und über einen Widerstand 56 einem GIeichstrom-Summierungsverstärker 58 zugeführt. Sin weiteres Eingangssignal für den Summierungsver-Network is used to filter the signal through a / series connection from a capacitance 46 and a resistor 48 having advance circuit, with which the inertia time constant of the servomotor is set. In this way, the current feedback signal helps the transition function to stabilize of the servo. A maxijud current limitation for the servomotor is obtained in that the current feedback si gnal via two further Zener diodes 50 and 52 from DC amplifier 42 connected in parallel to point 54 is fed. These diodes are in turn connected to one another in such a way that they have an insensitivity range and limit the signal value at point 54. Thus the signals coming from the servo amplifier for current and Voltage regulated so that the application of improper torque or improper electrical commands the servo motor is prevented. At point 40, the integrated speed signal of the gyro and the attitude input signal connected to the position limit signal, and fed to a DC summation amplifier 58 via a resistor 56. Sin another input signal for the summation

109808/(HSO -/-109808 / (HSO - / -

verstärker bildet das abgeglichene Stromrückkopplungssignal, das vom Voreilnetzwerk 44 abgeleitet ist. Das Ausgangssignal des Summierungsverstarkers wird über Widerstände 60 und 62 an den Kraftverstärker 22 weitergeleitet, und liefert ein geeignet begrenztes Eingangsfehlersignal.amplifier forms the balanced current feedback signal, which is derived from the lead network 44. The output signal of the summing amplifier is passed on to the force amplifier 22 via resistors 60 and 62, and supplies a appropriately limited input error signal.

Für den Betrieb ist der Servoverstärker mit einem Gedächtnis versehen, welches die automatische Rückführung der Plattform in irgendeine vorher befohlene Lage erlaubt, nachdem die Plattform in eine Extremlage verschoben worden war. Sobald die Bedingungen, die durch das Erreichen einer Grenzlage verursacht werden verschwinden, kehrt die Plattform automatisch in die befohlene Lage zurück. Die der Begrenzung des Signals dienenden Merkmale des ServoVerstärkers verhindern den Bedarf hoher Drehmomente und Ströme, wenn die Plattform eine ' Extremlage erreicht hat.For operation, the servo amplifier is provided with a memory that automatically returns the platform in any pre-ordered position after the Platform had been moved to an extreme position. Once the conditions caused by reaching a limit position will disappear, the platform automatically reverses back to the commanded position. The signal limiting features of the servo amplifier prevent the need high torques and currents when the platform has a ' Has reached an extreme position.

In Figur 3 sind in ei-nem detaillierten Blockschema die wesentlichen Elemente für den Servoteil eines Regelsystems gemäß Figur 1 dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 ist der Gleichstrom-Summierungsverstärker 58 in zwei Teile 58 und 58a aufgeteilt, wodurch ein Strombegrenzungssignal diesem Verstärker bei einem bekannten Impedanzwert zugeführt werden kann. Ein weiteres Merkmal des Verstärkerteils 58a besteht in dem mit ihm verbundenen Voreilnetzwerk, um die Ausgangssignalverstärkung bei verschiedenen Frequenzen einzustellen. Die Voreilnetzwerke dienen bei dem Ausführungsbeispiel der Reduzierung mechanischer Resonanzen in dem Servoteil, in dem die Servoschleifenverstärkung bei Frequenzen, die den mechanischen Resonanzen zugeordnet sind, verringert wird. Demgemäß wird ein Eingangslagesignal zusammen mit dem Geschwindigkeitssignal des Kreisels und dem Signal zur NuIl-The essentials are shown in a detailed block diagram in FIG Elements for the servo part of a control system according to FIG. 1 are shown. In the embodiment according to FIG is the DC summing amplifier 58 in two parts 58 and 58a, thereby providing a current limit signal to this amplifier at a known impedance value can be. Another feature of the amplifier portion 58a is in the lead network connected to it to adjust the output signal gain at different frequencies. In the exemplary embodiment, the lead networks serve to reduce mechanical resonances in the servo part, in which the servo loop gain at frequencies associated with the mechanical resonances is reduced. Accordingly, an input position signal is generated along with the Speed signal of the gyro and the signal for zero speed

109808/0450109808/0450

einstellung an die Vorverstärkerstufe 28 des Servoverstärkers 20 angelegt. Diese Vorverstärkerstufe enthält ein Voreilnetzwerk 30 zur Erzeugung hoher Signalverstärkung bei niedriger .Frequenz. Ein im Vorverstärker angeordnetes Filter^ 64 hindert die Weitergabe des verstärkten Signals bei unerwünschten Frequenzen. Das gefilterte Ausgangssignal wird dem einen Teil des Summierungsverstärkers 58 zugeführt und dort mit dem Stromrückkopplungssignal , wie bereits beschrieben, vereinigt. Das Stromrückkopplungssignal wird im Gleichstromverstärker 42 zuvor verstärkt und über das Voreilnetzwerk 44 auf den Summierungsverstärker gegeben. Das Strombegrenzungssignal wird vom verstärkten Stromrückkopplungssignal über eine Yerbindungsleitrung von der Ausgangsseite des Stromrückkopplungsverstärkers sum Verbindungspunkt 66 geleitet, der die beiden Teile 58 und 58a des Summierungsverstärkers verbindet. Zwei Zenerdioden 50 und 52 im Strombegrenzungsweg verhindern, daß der Signalwert am Verbindungspunkt 66 einen durch die maximale Zenerspannung bestimmten Wert überschreitet. Im Betrieb kann das Netzwerk 42 eine weitere Schaltung mit einem nicht dargestellten Differentialverstärker enthalten, um ein Fehlersignal zwischen dem verstärkten Stromsignal und dem Ausgangssignal des Teils 58a des Summierungsverstärkers abzuleiten. Der veränderte Aufbau bewirkt sogar eine größere Genauigkeit der Servofunktion. Das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal des Kreisels für die Vorverstärkerstufe 28 wird durch elektrische Anzeigen vom Abgriffselement und dem Drehmomentsmotor (Stützmotor) eines herkömmlichen integrierenden Geschwindigkeitskreisel 16 erzeugt. Die nicht dargestellten Abgriffselemente liefern eine Geschwiij-'i xgKeits- und Lageinformanion in Bezug auf die Plattform, wie schematisch im Auslührungsbeispiel durch die gestrichelte Linie 68 dargestelic ist. Die abgegriffene Größe rtellt ein Wechselstromsignai .ur. welches im Kreisel-Ausgangs vor stärker ?0 verstärkt: vf.-t, mid dai.u in e.iiemsetting to the preamplifier stage 28 of the servo amplifier 20 created. This pre-amplifier stage contains a lead network 30 to generate high signal amplification with low .Frequency. A filter arranged in the preamplifier ^ 64 prevents the transmission of the amplified signal at undesired frequencies. The filtered output signal is part of the Summing amplifier 58 supplied and there with the current feedback signal , as already described, united. The current feedback signal is preceded in the DC amplifier 42 amplified and given over the lead network 44 to the summing amplifier. The current limit signal is amplified by the Current feedback signal over a connection line passed from the output side of the current feedback amplifier sum connection point 66, which the two parts 58 and 58a of the summing amplifier connects. Two zener diodes 50 and 52 in the current limiting path prevent the signal value at connection point 66 from being determined by the maximum Zener voltage Value exceeds. In operation, the network 42 can have a further circuit with a differential amplifier (not shown) included to provide an error signal between the amplified current signal and the output of part 58a of the summing amplifier. The modified structure even results in greater precision in the servo function. That Gyro speed feedback signal for preamplifier stage 28 is provided by electrical indicators from the pick-off element and the torque motor (support motor) of a conventional integrating speed gyro 16 is generated. The pick-off elements, not shown, provide a speed xgKeit- and positional information in relation to the platform, as schematically in the exemplary embodiment by the dashed line Line 68 is shown. The measured variable represents an alternating current signal. which in the gyro exit before stronger? 0 reinforced: vf.-t, mid dai.u in e.iiem

EAC OBiGiNAL 109808/0450 ,-EAC OBiGiNAL 109808/0450, -

empfindlichen Demodulator 72 demoduliert wird, um ein Gleichstromgeschwindigkeitssignal zu erzeugen. Das Gleichstromgeschwindigkeitssignal wird einem Gleichstromverstärker 7^ zugeführt und darauf mit dem Signal des Stützmotors des Kreisels in die Vorverstärkerstufe 28 eingespeist. Die beschriebene integrierende Geschwindigkeitskreiselanordnung stellt die Hauptrückkopplung des servomechanischen Regelsystems dar, und dient der automatischen Stabilisierung der Plattform gegen Stördrehmomente und Grundbewegungen.Sensitive demodulator 72 is demodulated to a DC velocity signal to create. The DC speed signal is fed to a DC amplifier 7 ^ and then with the signal from the support motor of the gyro fed into the preamplifier stage 28. The integrating speed gyro arrangement described represents the The main feedback of the servomechanical control system and is used to automatically stabilize the platform against Disturbing torques and basic movements.

Das zusammengesetzte Fehlersignal, welches im Teil 58 des Summierungsverstärkers erzeugt wird, ist am Verbindungspunkt 66 zur weiteren Verstärkung im Teil 58a des Servoverstärkers richtig begrenzt. Das entgültige Ausgangssignal des Servoverstärkers bildet ein stabilisiertes, kompensiertes und richtig begrenztes Fehlersignal, das den Kraftverstärker ,22 ansteuert. Um eine breite Servobandbreite im System zusammen mit einer guten elektrischen Empfindlichkeit zu erreichen, wird ein in Festkörpertechnik aufgebauter, tastbarer Kraftverstärker verwandet. Die breite Bandbreite wird durch die Benutzung einer A--"!tfrequenz erzielt, die im wesentlichen über dem Frequenzbereich des gewünschten Servobandpasses liegt. Die dur^hschnitüiiche an den Servomotor 12 vom Kraftverstärker 22 angelegt 3 Spannung wird durch das Verhältnis der Einschaltzeit zur gesamten Tastperiode bestimmt. Um den Servomotor zu veranlassen sich in einer Richtung zu drehen, werden bestimmte Schalter im Kraftverstärker bei einigen Tastfrequenzen geschlossen. Ein Frequenzbezugssi>-nai 76 wird zum Eingangsfehlersignal als Mirtel zur Steuerung des Kraftverstärkers addiert.The composite error signal, which is contained in part 58 of the Summing amplifier is generated is at junction 66 for further amplification in part 58a of the servo amplifier properly limited. The final output signal of the servo amplifier forms a stabilized, compensated and correctly limited error signal which controls the force amplifier 22. To achieve a wide servo bandwidth in the system along with good electrical sensitivity, an in Solid-state technology built, tactile force amplifier related. The wide bandwidth is achieved by using a A - "! Tfrequency achieved, which is essentially above the frequency range of the desired servo bandpass. The average applied to the servo motor 12 by the booster 22 3 voltage is determined by the ratio of the switch-on time determined for the entire scanning period. In order to make the servo motor rotate in one direction, certain Switch in the power amplifier closed at some sampling frequencies. A frequency reference si> -nai 76 becomes the input error signal added as Mirtel to control the power amplifier.

Im Betrieb summiert der jleichseromservoverstärker das Greschwindigkeitssignai Ie-- Kreisels ind das Istwert-Signal undDuring operation, the constant servo amplifier adds up the speed signal Ie-- gyro ind the actual value signal and

1098U8/04501098U8 / 0450

verbindet es mit dem Stromrückkopplungssignal zur Erzeugung eines Fehlersignals, welches den tastbaren Kraftverstärker steuert. Die Rückkopplungseinrichtungen des Kreisels enthalten einen Gleichstromverstärker, welcher den Kreiselausgangsverstärker antreibt. Das Fehler signal vom Servoverstärker wird mit einem Frequenzbezugssignal verbunden, um den Kraftverstärker so zu betreiben, daß die Ausgangsspannung zum Servomotor mit der Einschaltzeit variiert. Die Drehrichtung des umschaltbaren Gleichstrommotors wird durch die Auswahl der geschlossenen Schalter im Kraftverstärker gesteuert. Beim Nullfehler-Slgnal sind die Schalter des Verstärker s offen. Der Servomotor ist an die Plattform 10 über ein Reduziervorgölege 14- derart gekoppelt, daß die zusammengefaßten Trägheitsmassen des Motors und des Getriebes klein sind im Verhältnis zur Trägheitsmasse der Plattform Die automatische Plattformstabilisation wird in der ausgeführten Konstruktion mit großer Genauigkeit durchgeführt, wie auch eine genaue Höhen- und Seitenstabilisation der Plattform möglich ist.connects it to the current feedback signal to generate an error signal which the tactile force amplifier controls. The gyro's feedback devices contain a DC amplifier, which is the gyro output amplifier drives. The error signal from the servo amplifier is connected to a frequency reference signal in order to operate the booster so that the output voltage to the servomotor varies with the switch-on time. The direction of rotation of the switchable DC motor is determined by the Selection of closed switches in the power amplifier controlled. In the case of the zero error signal, the amplifier switches s open. The servo motor is coupled to the platform 10 via a reducing device 14 in such a way that the combined Inertial masses of the motor and the gearbox are small in relation to the inertial mass of the platform The automatic platform stabilization is carried out in the executed construction with great accuracy, as well as an exact height and lateral stabilization of the platform is possible.

In Figur 4- ist das Servoblockschema eines erfindungegemäßen zweiachsen-servomechanischen Regelsystems dargestellt. Es wurde nur der Teil der Stabilisation mit dem Geschwindigkeitskreisel gezeigt, damit die allgemeinen elektrischen Verbindungen zwischen dem Höhen- und Querservoantrieb leichter zu verstehen sind. Grundsätzlich enthält die Darstellung ein elektrisches Schaltkreisschema für zusammengeschaltete Geschwindigkeitskreisel, die zur Trägheitsstabilisation und zum Antrieb der damit verbundenen Plattform längs der Höhen- und Querachsen verwendet werden. Um das erforderliche Geschwindigkeitssignal zu erhalten sind ein Paar integrierender Geschwindigkeitskreisel längs ihrer entsprechenden Kreisel-In Figure 4-, the servo block diagram is according to the invention two-axis servomechanical control system. Only the part of the stabilization with the speed gyro was shown, so that the general electrical connections between the elevator and aileron servo drives are easier to understand. Basically, the representation contains a electrical circuit diagram for interconnected speed gyros, those used to stabilize inertia and to drive the associated platform along the height and transverse axes can be used. To get the required speed signal are a pair of integrators Speed gyro along their corresponding gyro

EAD ORIGINALEAD ORIGINAL

109808/0450 · . /109808/0450. /

drehachsen zueinander senkrecht ausgerichtet und in einem Kreiselblock mechanisch an die Plattform gekoppelt. In der Darstellung sind die in den einzelnen Antriebseinheiten des zusammengesetzten Systems verwendeten gleichen Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen.axes of rotation aligned perpendicular to each other and in one Gyro block mechanically coupled to the platform. In the illustration are those in the individual drive units of the composite system used the same components provided with the same reference numerals.

Die Antriebseinheit für das Höhenservoteil 76 umfaßt einen integrierenden Geschwindigkeitskreisel 16, der mit Servoelementen so zusammengeschaltet ist, daß er die Lage der nicht dargestellten Plattform regelt. Der Kreisel entwickelt ein Signal das proportional der Lage seiner Achse im Raum ist, welches in Verbindung mit dem Kreiselstützmotor und damit verbundenen Servoelementen ein Drehmoment um die Kreiselausgangsachse hervorruft, um den Kreisel im Raum um seine Eingangsachse zu drehen oder diese auszurichten. Sobald die Plattform die gewünschte Lage erreicht, wird diese Lage automatisch durch Kreiselstabilisation beibehalten.. Der Kreiselbezugsgenerator 79 treibt den nicht dargestellten Kreiselantrieb. Das Höheneingangssignal wird mit dem Kreiselrückkopplungssignal im ServoVerstärker 20 verkettet. Ein Umsetzer 80 reguliert die Gleichstromversorgung für alle Verstärker in der Servoeinheit. Daß zusammengesetzte Fehlersignal von den Servoverstärkern steuert den tastbaren Kraftverstärker 22, welcher den Servomotor 12 antreibt. Der Kreiselrückkopplungskreis umfaßt den integrierenden Geschwindigkeitskreisel 16, der mit einem Kreiselausgangsveretärker 70, einem phasenempfindlichen Demodulator 72 und einem Gleichstromverstärker 74 derart verbunden ist, daß ein der Geschwindigkeit im Trägheitsraum proportionales Signal erzeugt wird. Das Geschwindigkeitssignal stellt einen Ausgang zusammengesetzter Signale dar, die von nicht dargestellten integrierenden Abgriffselementen und dem Stützmotor desThe drive unit for the altitude servo 76 includes one integrating speed gyro 16, which is interconnected with servo elements so that it controls the position of the regulates platform not shown. The top develops a signal that is proportional to the position of its axis in space is, which in connection with the gyro motor and associated servo elements generates a torque about the gyro output axis causes to rotate the gyro in space around its input axis or to align it. As soon as the When the platform reaches the desired position, this position is automatically maintained by gyro stabilization Gyro reference generator 79 drives the gyro drive, not shown. The altitude input signal is combined with the gyro feedback signal chained in the servo amplifier 20. A Converter 80 regulates the DC power supply to all of the amplifiers in the servo unit. That composite error signal of the servo amplifiers controls the tactile force amplifier 22, which drives the servo motor 12. The gyro feedback loop includes the integrating speed gyro 16, which is connected to a gyro output amplifier 70, a phase sensitive demodulator 72 and a DC amplifier 74 is connected in such a way that one of the speed proportional signal is generated in inertial space. The speed signal represents a composite output Signals are generated by integrating tapping elements, not shown, and the support motor of the

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Kreisels hervorgerufen werden. Ein Wechselstrom-Abgriffssignal wird im Kreiselausgangsverstärker 70 verstärkt, sodann im phasenempfindlichen Demodulator 72 demoduliert, der die Polarität und Amplitude des Eingangssignals feststellt, und darauf wird das demodulierte Signal in den Gleichstromverstärker eingespeist. Das resultierende Gleichstromsignal wird mit dem Ausgangssignal des Stützmotors vereinigt, und liefert das Geschwindigkeitsfehlersignal für den Servoverstärker 20. Der Kreiselbezugsgenerator 79 liefert bei der ausgeführten Konstruktion eine Bezugsfrequenz für den Demodulator. Gyroscopic. An AC tap signal is amplified in gyro output amplifier 70, then demodulated in the phase-sensitive demodulator 72, the Determines the polarity and amplitude of the input signal, and then the demodulated signal is fed into the DC amplifier fed in. The resulting direct current signal is combined with the output signal of the support motor, and supplies the speed error signal for the servo amplifier 20. The gyro reference generator 79 supplies the executed construction a reference frequency for the demodulator.

In gleicher Weise sind die Servoelemente für die Querachsensteuerung 82 zusammengeschaltet. Die Elemente der Querachsen-Steuerung, die mit denen der Höhenachsensteuerung übereinstimmen, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, jedoch mit einem zusätzlichen Strich versehen. So ist der Kreisel 16 in der Einheit für die Servosteuerung um die Höheriachse in der Servosteuerung um die Querachse mit Kreisel 16' bezeichnet, um anzudeuten, daß es sich um eine im wesentlichen gleiche Komponente handelt. Der Stromlauf für die Servosteuerung um die Querachse entspricht ebenfalls dem Stromlauf für die Servosteuerung um die Höhenachse, so daß eine spezielle Beschreibung dieses Teils nicht nötig ist. Die verbleibenden gemeinsamen Verbindungen der beiden Einheiten dienen dazu, Komponenten, die hinsichtlich ihrer Wirkungsweise voneinander unabhängig sind, mit Signalen vom gleichen Wert zu versorgen. Der gemeinsame Schaltkreis gent vom Kreiselbezugsgenerator 79 aus, welcher die Stützziiofcoren für die Kreisel antreibt, und ein Frequenzbezugssiferial den Demodulatoren zuführt. Zur Vereinfachung der Daruteilurig wurde dieser Kreiseibezugsgenerat;or lediglich, durchThe servo elements for the transverse axis control are in the same way 82 interconnected. The elements of the transverse axis control that correspond to those of the elevation axis control, are marked with the same reference numbers, but with an additional prime. That's how it is Gyro 16 in the unit for the servo control around the Raising axis in the servo control around the transverse axis with gyro 16 'to indicate that it is an im essentially the same component. The circuit for the servo control around the transverse axis also corresponds to this Circuit for the servo control around the height axis, so that a special description of this part is not necessary. The remaining common connections of the two units are used to connect components with regard to their Mode of operation are independent of each other, to be supplied with signals of the same value. The common circuit gent from the gyroscopic reference generator 79, which the Stützziofcoren for the gyro drives, and a frequency reference social feeds the demodulators. To simplify the Daruteilurig was this circle reference generation; or merely, by

BAD ORIGINAL 109808/0450 BATH ORIGINAL 109808/0450

einen Block dargestellt, wobei der Generator in bekannter Weise aus einem LG-Oszillator, einem Phasenteiler und Verstärker mit transformatorgekoppelten Ausgängen bestehen kann. Die Signale werden den Demodulatoren über eine ljeituxif?; 84 zugeführt, während die Signale zu den Kreiselstützmotoren über die Leitung 86 angelegt werden. Dabei wird jeder Kreisel und jeder Demodulator völlig unabhängig von seinem Gegenstück betrieben.a block shown, the generator in a known manner from an LG oscillator, a phase splitter and amplifier with transformer-coupled outputs. The signals are sent to the demodulators via a ljeituxif ?; 84 while the signals to the gyroscopic support motors are applied over line 86. Each top will be and each demodulator operated completely independently of its counterpart.

PatentansprücheClaims

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Claims (1)

PatentansprücheClaims ι. Syrvoregelsystem zur .Stabilisierung einer Trägheitsmasse i:: e.:;.'ir bestimmten Träßheitslat^e, die eine frei bewegliche i-In si. form enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Gin uias ehalt bar er Gleichstrommotor mit der Plattform über eine Einrichtung zum Heduzioren der Geschwindigkeit derart gekoppelt ist, daß die Trägheit des Motors und der Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit klein im Vergleich zur Trägheitsmasse ist, daß ein Detektor vorgesehen ist, der ein Signal liefert, das das Auswandern der Plattform aus einer bestimmten Lage anzeigt, und daß eine elektrische Servoeinrichtung vorgesehen ist, welche das die Auswanderung der Plattform charakterisierende Signal für die Steuerung des Motors umformt, wobei die Servoeinriohzung· einen tastbaren Verstärker enthält, der vom Stabilisierungssignal angeäBuert ist.ι. Syrvoregelsystem for the .stabilization of an inertial mass i :: e.:;.'ir certain inertial lat ^ e, which a freely movable i-In si. form, characterized in that Gin uias ehaltable dc motor is coupled to the platform via a device for hedging the speed in such a way that the inertia of the motor and the device for reducing the speed is small compared to the inertial mass, that a detector is provided which supplies a signal which indicates the migration of the platform from a certain position, and that an electric servo device is provided which converts the signal characterizing the migration of the platform for the control of the motor, the servo unit not being a tactile amplifier which is activated by the stabilization signal. 2. Servoregelsystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n η ζ ei c h η e t, daß die elektrische Servoeinrichtung einen Servoverstärker enthält, der aus dem die Plattform verschiebenden Signal ein Stabilisierungssignal erzeugt.2. Servo control system according to claim 1, characterized in that g e k e n η ζ ei c h η e t that the electric servo device one Contains servo amplifier, which generates a stabilization signal from the signal that moves the platform. 109808/0A50 · /109808 / 0A50 / J. Servoregelsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Geschwindigkeit ssignal zum Erzeugen eines der Verschiebung der Plattform im Raum proportionalen Stabilisierungssignals liefert und dem tastbaren zwischen den Servoverstärker und den Motor geschalteten Verstärker zuführt.J. Servo control system according to Claims 1 and 2, characterized in that the detector has a speed ssignal for generating a stabilization signal proportional to the displacement of the platform in space and the a tactile amplifier connected between the servo amplifier and the motor. 4. Servoregelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Reduzieren der Geschwindigkeit ein zwischen die Plattform und den Motor geschaltetes Reduktionsgetriebe enthält, daß der Detektor mit einer Kreiselrückkopplung versehen ist, und daß die elektrische Servoeinrichtung weiterhin eine Stromrückkopplung enthält, um das Stabilisierungssignal in Verbindung mit dem Geschwindigkeitssignal des Kreisels zu erzeugen.4. Servo control system according to claim 3, characterized in that the means for reducing the speed a reduction gear connected between the platform and the motor contains that the detector with a gyro feedback is provided, and that the electric servo further includes a current feedback to generate the stabilization signal in conjunction with the speed signal of the gyro. 5. Servoregelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrückkopplung den Servoverstär- ker mit einem dem Motorstrom proportionalen Signal und mit einem Strombegrenzungssignal versorgt, und daß der Servoverstärker ein begrenztes Stabilisierungssignal durch die Kombination des Geschwindigkeitssignals des Kreisels mit dem Strom-Biickkopplungssignal und dem Strombegrenzungssignal erzeugt. 5. Servo control system according to claim 4, characterized in that the current feedback supplies the servo amplifier with a signal proportional to the motor current and with a current limiting signal, and that the servo amplifier has a limited stabilization signal by combining the speed signal of the gyro with the current Biickkopplungssignal and the Current limit signal generated. 109808/0450 /109808/0450 / 6. Servoregelsystem nach, einem oder mehreren der Ansprüche6. Servo control system according to one or more of the claims der 1 "bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß/Servoverstärker auf Sollwert-Signale anspricht, um die Plattform in eine gewünschte Lage zu verschieben.the 1 "to 5» characterized in that / servo amplifier responds to setpoint signals to move the platform to a desired location. 7. Servoregelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Servoverstärker ein Lagebegrenzungssigsnal liefert, welches die Lage der Plattform in Bezug auf eine bestimmte Grenzlage anzeigt.7. Servo control system according to claim 6, characterized in that the servo amplifier has a position limiting signal supplies, which indicates the position of the platform in relation to a certain limit position. 8. Servoregelsystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Sollwert-Signal mit dem Geschwindigkeit ssignal des Kreisels in einem Teil des Servoverstärkers zur Ableitung eines ersten Fehlersignals verknüpft wird, daß dieses erste Fehlersignal mit dem Stromrückkopplungssignal, dem Lagebegrenzungssignal und dem Strombegrenzungssignal in einem anderen Teil des Servoverstärkers verknüpft wird, um ein begrenztes Ausgangsfehlersignal zu erzeugen, und daß der tastbare Verstärker eine Umschaltfrequenz benutzt, die oberhalb der mechanischen Resonanzen des Systems liegt und von dem Ausgangsfehlersignal zur Steuerung des Motors angesteuert wird.8. Servo control system according to claim 7 »characterized in that the setpoint signal with the speed ssignal of the gyro in a part of the servo amplifier to derive a first error signal is linked that this first error signal with the current feedback signal, the position limit signal and the current limit signal in is linked to another part of the servo amplifier to produce a limited output error signal, and that the tactile amplifier uses a switching frequency that is above the mechanical resonances of the system and of the output error signal to control the motor. 109808/0450109808/0450 9. Servoregelsystem nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der tastbare Verstärker eine Ausgangsspannung erzeugt, die von dem Verhältnis der Einschaltzeit zur gesamten Schaltperiode bestimmt ist.9. Servo control system according to claim 8, characterized in that g e k e η η draws that the tactile amplifier has an output voltage generated, which is determined by the ratio of the switch-on time to the total switching period. 109808/0A50109808 / 0A50
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